1981—2013年6—7月江淮地区切变线及暴雨统计分析北大核心CSCD

为了研究20世纪80年代以来的江淮切变线及暴雨的气候态特征,从而为未来的江淮切变线暴雨的业务预报和科研提供参考,利用欧洲中心风场再分析资料和地面气象站基本气象要素日值数据集(V3.0)的降水资料,通过纬向风的经向切变、相对涡度和纬向0风速线3个客观判据,统计了1981—2013年6—7月江淮地区暴雨、切变线以及切变线暴雨。结果表明:1981—2013年6—7月,江淮地区有30.2 d出现暴雨,有33.2 d出现切变线,22.0d出现切变线暴雨,切变线暴雨日数占切变线日数的近2/3,占暴雨日数的近3/4;6—7月江淮地区出现切变线和暴雨的日数有不显著的年际增长趋势,增长率比江淮切变线暴雨大一个量级,而后者的日数在近33年基本维持不变。江淮地区的切变线日数、暴雨日数和切变线暴雨日数2000年前年际波动较大,2000年后年际波动较小。6—7月江淮地区的暴雨日数、切变线日数和切变线暴雨日数均存在一定的年代际变化特征,且三者的年代际变化特征较为一致,在1981—2007年,江淮地区降水量的年代际变化与暴雨日数、切变线日数和切变线暴雨日数的年代际变化较为一致。1995年前,6—7月江淮切变线暴雨日数存在2—3年的周期,1995年后没有显著的周期。在6月上中旬和7月中下旬,江淮切变线暴雨日数存在2—4 d的周期,在6月下旬到7月上旬,江淮切变线暴雨日数不存在明显周期,切变线暴雨日数在梅雨期内稳定维持,且江淮切变线暴雨最集中发生在6月下旬到7月上旬的梅雨期内,说明梅雨期降水以切变线引发的降水为主。     

1981—2013年6—7月江淮地区切变线及暴雨统计分析

为了研究20世纪80年代以来的江淮切变线及暴雨的气候态特征,从而为未来的江淮切变线暴雨的业务预报和科研提供参考,利用欧洲中心风场再分析资料和地面气象站基本气象要素日值数据集(V3.0)的降水资料,通过纬向风的经向切变、相对涡度和纬向0风速线3个客观判据,统计了1981—2013年6—7月江淮地区暴雨、切变线以及切变线暴雨。结果表明:1981—2013年6—7月,江淮地区有30.2 d出现暴雨,有33.2 d出现切变线,22.0 d出现切变线暴雨,切变线暴雨日数占切变线日数的近2/3,占暴雨日数的近3/4;6—7月江淮地区出现切变线和暴雨的日数有不显著的年际增长趋势,增长率比江淮切变线暴雨大一个量级,而后者的日数在近33年基本维持不变。江淮地区的切变线日数、暴雨日数和切变线暴雨日数2000年前年际波动较大,2000年后年际波动较小。6—7月江淮地区的暴雨日数、切变线日数和切变线暴雨日数均存在一定的年代际变化特征,且三者的年代际变化特征较为一致,在1981—2007年,江淮地区降水量的年代际变化与暴雨日数、切变线日数和切变线暴雨日数的年代际变化较为一致。1995年前,6—7月江淮切变线暴雨日数存在2—3年的周期,1995年后没有显著的周期。在6月上中旬和7月中下旬,江淮切变线暴雨日数存在2—4 d的周期,在6月下旬到7月上旬,江淮切变线暴雨日数不存在明显周期,切变线暴雨日数在梅雨期内稳定维持,且江淮切变线暴雨最集中发生在6月下旬到7月上旬的梅雨期内,说明梅雨期降水以切变线引发的降水为主。     

1981—2013年6—7月江淮地区切变线及暴雨统计分析

利用第5次耦合模式比较计划(CMIP5)提供的39个全球气候模式模拟的1961—2005年逐月500 hPa位势高度场资料,以及同期美国国家环境预测中心再分析资料,通过经验正交函数分解提取主要模态,基于泰勒图方法、概率密度函数的Brier评分和显著性评分指标,探讨CMIP5模式对东亚500 hPa高度场主要模态时空结构的模拟能力,寻求具有较好东亚环流型态模拟能力的气候模式以及模拟较好的主模态。结果表明:(1) CMIP5模式能够模拟出东亚500 hPa高度场主要模态,且各模式对冬季主要模态时空结构的模拟能力都高于夏季。(2) 各模式对冬季模态(西太平洋遥相关型)模拟能力最强,第3模态最差,对冬季主要模态空间结构模拟较好的模式为IPSL-CM5B-LR、MPI-ESM-P、CMCC-CMS、FGOALS-g2、HadGEM2-ES;夏季第1模态空间结构模拟能力最强,其次分别为第2模态和东亚-太平洋型(简记第3模态),西太平洋遥相关型较差,对夏季主要模态空间结构模拟较好的模式为ECEARTH、CanESM2、CMCC-CM、GFDL-ESM2G、IPSL-CM5A-MR。(3)对主要模态时间系数概率密度函数特征的模拟评估表明,模式对冬季第2模态概率密度函数的模拟较好,其次为西太平洋遥相关型,其主要模态时间系数的概率密度函数模拟较好的模式为CESM1-FASTCHEM、HadGEM2-ES、INM-CM4、GISS-E2-H、BCC-CSM1-1;模式对夏季第2模态时间系数的概率密度函数模拟较好,其次分别为第3模态、西太平洋遥相关型,其主要模态时间系数概率密度函数模拟较好的模式为CCSM4、HadGEM2-CC、GFDL-CM3、MRI-CGCM3、NorESM1-M。(4)综合时空结构模式模拟能力,对冬季主要模态模拟较好的前5个模式为HadGEM2-ES、IPSL-CM5B-LR、CESM1-FASTCHEM、INM-CM4、BCC-CSM1-1;夏季前5个模式为ECEARTH、CMCC-CM、CCSM4、CANESM2、MIROC5。     

1994年江淮地区首次区域性春季暴雨诊断分析

分析了１９９４年４月１９－２０日春季暴雨主枚是由对流层中低层涡和地面静止锋共同作用的结果，侧重于对低空急流的形成与变动和熵平衡方程的诊断分析，能量场与该次暴雨有很好的相关性。     

2013年7月8—11日四川西部暴雨过程中尺度特征分析

利用常规观测资料、加密观测降水资料、FY-2E卫星TBB资料、多普勒雷达资料和NCEP再分析资料,对2013年7月8—11日发生在四川省的连续性特大暴雨过程的中尺度特征进行分析。结果表明:1)此次持续84 h的暴雨过程集中在四川盆地西部,具有雨强大、持续时间长、沿龙门山脉山脚一带分布等特征。2)暴雨发生在有利的环流背景下,对流层高层受青藏高压控制,500 h Pa高度层上受稳定少动的西太平洋副热带高压阻挡使得短波槽东移后在四川盆地西部聚集,低层切变线、辐合线和西南低涡作用有利于强对流的发展。3)暴雨过程中有22个中尺度对流云团在盆地西部生成、发展、合并,伴随着7个中尺度雨团的活动。4)多个对流单体发展合并成多单体风暴,再进一步发展合并成带状或片状混合云,且在四川盆地西部表现明显"列车效应",这是强降水集中在该地区的原因。     

2012年7月21—22日兴安盟地区暴雨天气过程分析

通过高空、地面观测资料、云图和物理场,对2012年7月21—22日兴安盟地区的区域性暴雨进行分析,发现此次暴雨是在东高西低的环流背景下,贝加尔湖低涡底部小槽携带的冷空气与副热带高压外围暖湿气流在兴安盟地区形成交汇,在850h Pa切变触发下形成的,而高低层湿度的配置不同导致了前后两种不同性质的降水;在各个降水条件满足的前提下,云系的"列车效应"是产生暴雨的一个重要条件。     

一次切变线暴雨的观测特征分析

利用探空、卫星、雷达、闪电定位仪等多种观测资料,对2007年7月1-2日发生在湖北境内一次切变线暴雨过程的观测特征进行详尽分析.结果表明,大气层结不稳定、湿度高以及切变线发展是此次暴雨的主要成因:卫星云图上表现为4个中尺度云团相继影响,当云团平均亮温低于-75℃时,均能产生30 mm/h以上强降水;雷达速度场上暴雨区中存在清晰的辐合线和逆风区;闪电资料显示,地闪与强降水的时空分布较为吻合.     

1993年7月2—6日皖南赣北致洪暴雨过程分析

用ＴＢＢ资料及物理量诊断分析１９９３年７月２￣６日皖南赣北致洪暴雨成因，揭示一种致洪暴雨常见天气系统的若干结构特点和ＴＢＢ场特征。     

冷式和暖式切变线暴雨多普勒雷达资料对比分析

利用临沂新一代天气雷达(CINRAD/SC)观测资料和 MM5 模式产品及 Micaps 常规资料,具体分析了2005年9月20日和2006年7月3日发生在临沂市的冷式和暖式切变线暴雨到大暴雨过程的异同.分析表明两种切变线暴雨雷达回波都表现为和切变线走向一致的积层混合云降水云系,有较大范围,长度远大于宽度,对应于切变线成带絮状回波,最大回波强度相同,移速慢等特点.由于冷、暖式切变线结构上存在差异,冷式切变线暴雨低层有明显的东北气流冷垫,物理量场由低到高向北倾斜,加强了其动力上升运动;水汽输送依赖于对流层中层的西南急流,雨强的增大和高空急流的向下发展有关系.暖式切变线物理量场呈垂直分布,高低空配置利于上升运动维持,暴雨的水汽输送不仅依赖于对流层中层的西南急流,还依赖于低空西南急流,雨强的增大和中高空急流风速辐合中心的建立有关.结构的不同表现在雷达回波上不同特点为冷式切变线强回波单体或短带位于切变线南侧,而暖式切变线强回波单体或短带基本位于切变线雨带的中间.     

2010年7月7—15日湖北省持续性暴雨分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、地面自动站降水实况资料以及卫星云图资料和雷达组合反射率因子资料等,从环流背景、形成机理、雷达回波与卫星云图特征等方面,对2010 年7 月7—15 日湖北省持续性暴雨进行综合分析。结果表明: 中高纬度不断有短波槽东移,副热带高压和中低层切变线稳定维持,低空西南急流发展强盛,是持续性暴雨发生的有利大尺度环流背景;在中尺度回波团或回波带及中尺度对流云团的影响下产生暴雨;中尺度对流回波或云团一般发生在多个天气尺度系统的汇合处,对暴雨预报有一定的指示意义;水汽辐合贯穿整个降水过程,在低层出现强湿度中心时,对应强降水发生;中尺度对流系统表现在整个对流层为上升运动,暴雨区位于CAPE 值梯度不断加大的密集带中,低层θse 锋区不断增强为对流性强降水发生提供了有利的不稳定条件。     

凉山州一次切变线暴雨特征及湿位涡分析

利用NCEP1°×1°6h再分析资料、卫星云图及常规观测资料,对2020年6月29～30日凉山州一次切变线暴雨天气过程进行分析。结果表明：高原槽及低层切变线是此次暴雨的主要影响系统,南亚高压的高层辐散,有利于暴雨的触发和维持。明显的水汽输送及辐合、高能高湿的不稳定层结及强烈的垂直上升运动为暴雨提供了有利的条件。对流层高层MPV1>0且中低层MPV1<0、中低层MPV1>0且MPV2<0的配置有利于暴雨的发生。三个中尺度对流云团发展合并形成的MCC是此次暴雨的直接触发系统,强降雨常出现在TBB低值区及梯度大值区。     

2003年7月28日晋东南及豫北区域暴雨天气分析

利用MICAPS系统提供的资料，对2003年7月28日发生在晋东南和豫北区域暴雨过程的大尺度环流背景和物理量场进行了分析。得出：本次暴雨过程是在中纬度西风槽与中低空切变线的相互作用下产生的，前期不稳定能量的高度积累为暴雨提供了充沛的水汽和能量，近地面层的微弱扰动触发了不稳定能量的释放，为暴雨的发生提供了动力条件。     

经向切变线暴雨落区分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,对有静止锋和无锋面的两类经向切变线的暴雨落区从地面形势、高低空系统配置及冷暖空气的相互作用等方面进行精细分析,补充完善低涡、切变线类天气系统暴雨落区位于低涡东南象限的一般概念模型,以满足精细化预报的需求.结果表明:有地面静止锋配合和无锋面的两类经向切变线,在空间结构上有显著差异.由于有静止锋配合的切变线系统具有锋面结构,锋面抬升作用显著,暴雨的第一落区位于地面倒槽顶端;其次,由于冷暖空气相互作用阶段不同,在地面中尺度气旋发展成熟阶段,由于干空气侵入暖湿输送带上空,在静止锋前暖区中,出现暴雨第二落区.在无锋面配合的经向切变线过程中,地面不存在南北风交替的锋面系统,除了低涡东南象限较强的水汽辐合造成的暴雨区,850 hPaθe高值区、高比湿舌和弱水汽辐合重合的区域,由于潜在对流不稳定造成另一个暴雨区,且不需低空急流存在.     

一次江淮切变线系统结构和暴雨分析

基于气象观测资料和数值模式产品,分析了2006年7月2—3日一次江淮暖切变线影响下的大暴雨过程。分析表明：稳定的大尺度环流背景下,北抬的江淮暖切变线是暴雨的主要影响系统,该系统表现为结构竖立的相当正压的浅薄系统,相应的物理量场成垂直分布特征,切变线上风场的风速辐合中心对应中小尺度气旋性系统。强蛊的中低空西南急流不仅为大降水的产生提供充沛的水汽,还利于该中小尺度系统的形成,该系统散度、涡度结构上呈柱状垂直分布,对流层中下层负涡度中心增大和抬高以及负散度区中心增大和跃升造成降水的脉动加强,而且上述物理量场的高低空配置特征利于上升运动加强和维持。由于切变线南侧西南气流中的风速辐合和上升运动远较切变线北侧的风向辐合更为突出和完整,对流不稳定更强,最大上升运动及其相应的暴雨区主要集中在切变线中间偏南的位置。     

山东夏季两次切变线暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、卫星云图、多普勒天气雷达和NCEP1°×1°再分析资料,对2012年7月30日和2013年7月9日山东出现的两次区域性暴雨进行了对比分析,结果表明：两次850 hPa切变线造成的暴雨,线状MCS(Mesoscale Convective System)组织化程度高,地面辐合线触发了暴雨的发生。不同的是:①“7〖DK〗·30”暴雨500 hPa影响系统为阶梯槽,副高位于朝鲜半岛以东;“7〖DK〗·9”暴雨为典型的东高西低形势,副高控制华东沿海;②“7〖DK〗·30”暴雨受一股较强的东南气流作用,将东海及西太平洋水汽输送到暴雨区,925 hPa水汽通量散度和最强上升速度较“7〖DK〗·9”暴雨分别大-10 g〖DK〗·hPa-1〖DK〗·cm-2〖DK〗·s-1和-0.2 Pa〖DK〗·s-1,“7〖DK〗·9”暴雨由低空西南急流将南海的水汽输送到暴雨区,925 hPa水汽通量和比湿较“7〖DK〗·30”暴雨分别大2~4 g〖DK〗·cm-1〖DK〗·hPa-1〖DK〗·s-1和2 g〖DK〗·kg-1;③两次暴雨过程MCS发生发展过程、形成方式和成熟期组织结构存在显著差异,“7〖DK〗·30”暴雨是对流单体独立发展逐渐合并成β中尺度,最终形成α中尺度对流系统,“7〖DK〗·9”暴雨为多个对流单体合并为β中尺度系统。通过分析得出,切变线暴雨触发机制应着眼于地面辐合线的形成和加强以及冷空气侵入引起的锋生。     

切变线暴雨中尺度系统的多普勒雷达资料分析

2002年7月22～23日,长江中游地区出现了大范围暴雨过程,这次暴雨过程是在有利的大尺度环流背景下,由中α尺度切变线上的几个中β尺度系统直接导致的。利用雷达拼图以及雷达多普勒速度等资料分析了这次切变线暴雨过程,得到了一些有价值的结果。     

一次切变线暴雨过程的诊断研究和数值试验

本文对1998年6月12～13日的一次长江中下游切变线暴雨过程进行了诊断研究并使用一个η坐标细网格暴雨数值模式对其作了数值试验。结果发现，与该暴雨过程相联系的β中尺度系统主要表现在低层的切变线及地面的β中尺度气旋，气旋的东移和发展引起长江中下游大范围强降水，在启动该场暴雨过程中，位势不稳定起了决定性的作用；深厚的β中尺度“涡柱”是该暴雨雨团的明显特征；地形对暴雨的强度和范围均有重要影响，该切变线强度对暴雨过程的降水量也有明显影响。     

“2010.09.21”罕见冷式切变线暴雨的异常环流特征

利用常规气象观测资料、数值预报产品,对2010年9月21日发生在内蒙古中西部的罕见冷式切变线区域性暴雨过程的异常环流特征进行了分析。分析表明:本次暴雨的发生与大气环流异常有关。欧亚中高纬西风带持续呈两槽一脊形势,亚洲中高纬度盛行纬向西风气流;东亚中低纬西太平洋副热带高压和南亚高压偏北偏强,热带低纬超强台风凡亚比在我国登陆,因此不同纬度环流系统的整体异常及其相互作用是本次暴雨发生的关键。     

影响山东切变线特征及典型个例分析

利用天气观测资料和NCEP再分析资料对2004-2013年5-9月影响山东的切变线天气特征和环流形势进行了分析。将影响山东的切变线按热力性质分为冷切变线和暖切变线,10a间影响山东的切变线共发生59次,其中暖切变线出现43次,占切变线总发生次数73%;冷切变线出现16次,占切变线总发生次数27%。切变线发生频数7月最多,6月次之,分别占切变线总数的35.6%和23.7%,9月最少,约占0.05%。影响山东典型切变线的发生与副高关系密切,冷切变线多出现在西风槽东移受阻,在对流层低层逐渐形成,暖切变线则出现在西风带小高压与副高合并,副高北抬时形成。针对2次典型冷暖切变线暴雨天气过程对比分析其暴雨落区、雷达回波特征和动力机制等,结果发现:暖切变线降水的强度、暴雨范围和持续时间明显大于冷切变线降水。暖切变线暴雨的GPS可降水量在强降雨出现前8h快速上升,可降水量峰值对应地面降雨大值,对地面降雨变化反映不敏感,物理量呈垂直分布,强回波单体基本位于暖切变线雨带的中间。冷切变线暴雨的GPS可降水量短时间内增幅大,地面强降雨在峰值出现1h后发生,对地面降雨变化反映较敏感,物理量从低层到高层向北倾斜且上升运动区较深厚,回波单体位于切变线南侧。     

切变线冷区和暖区暴雨落区分析

利用常规、自动气象站、NCEP/NCAR再分析资料（1°×1°,逐6h）和WRF模式逐小时资料,对2010年6月30日—7月2日山东省暴雨过程的落区进行了分析.结果表明：本次暴雨过程具有暖区暴雨和冷区暴雨两种特征.暖区暴雨强度强、范围广、落区集中,位于925 hPa经向切变线右侧或者低涡的东南象限“人”字型切变线内、暖温度脊后部、地面低压前部南风区内;冷区暴雨区强度弱、范围小、落区分散,位于925 hPa经向切变线左侧、冷温度槽前、地面低压后部北风区内.冷区和暖区暴雨均位于大气可降水量大于70 kg/m^2的区域、低空急流顶端的左侧.低空急流与强降水同时开始或者低空急流提前1h开始,降水强度最大时段出现在850 hPa风速跃增后1～3h.只有冷区暴雨时,冷空气较弱,冷锋伸展高度较低,暴雨区位于冷锋后部θse锋区前沿、θse暖脊脊线顶点、强上升运动中心.冷区与暖区暴雨共存时,冷暖空气势力均比只有冷区暴雨时强,冷锋伸展高度较高,冷区与暖区暴雨均位于强上升运动中心南侧1个纬距内风速辐合处.只有暖区暴雨时,冷空气较强,冷锋伸展高度较高,暴雨区位于冷锋前1个纬距内、θse暖脊脊线与地面交点、上升运动中心.低层向北倾斜锋区的南北跨度与中层向南倾斜锋区的南北跨度的差值大小,直接影响上升运动的强度和暴雨区的分布.